Long-term Fading Statistics-Based Power Allocation for Fixed Decode-and-Forward Relays

공형윤,보 뉘웬 �o 바오,Kong, Hyung-Yun,Bao, Vo Nguyen Quae The Korea Institute of Information and Commucation 2008 韓國通信學會論文誌 Vol.33 No.12A

This paper considers 2-hop wireless cooperative communications networks with fixed decode-and-forward relays. Specifically, we first derive the closed-form BER expression for theoretically evaluating the end-to-end performance of these networks. Then, based on this expression and long-tenn fading statistics, we propose a power allocation method for source and relay. Such a method brings about multiple advantages in tenn of spectral efficiency and implementation complexity over other power allocation methods based on instantaneous fading statistics. A variety of numerical results reveal that the cooperative communications scheme with the proposed power allocation significantly outperforms that with the equal power allocation and the direct transmission scheme for any position of the relay subject to the same total transmit power constraint.

Application of LLR on Cooperative Communications for Wireless Relay Networks

공형윤,이동운,Khuong, Ho Van,Kong, Hyung-Yun,Lee, Dong-Un 한국정보처리학회 2006 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.13 No.5

복호 후 전달 협력 통신 프로토콜(DFP: Decode-and-Forward Cooperative Communication Protocol)은 하나의 안테나를 쓰는 사용자에게 물리적인 안테나의 증가 없이 다중 안테나 시스템의 강력한 장점을 얻을 수 있는 통신 방법이다. 지금까지는 신호 대 잡음 비율(SNR: Signal to Noise Ratio)이나 경로이득 크기의 루트를 취한 값들을 이용하여 중계 노드에서 복호한 데이터를 전달할지 안 할지를 결정하여 중계 노드에서 부정확한 검파가 되지 않도록 방지하였다. 본 논문에서는 기존의 DFP에서 사용되던 SNR을 대체할 수 있는 LLR(Log-Likelihood Ratio)를 이용하는 방법을 제안하였다. 여러 가지 많은 모의 실험을 통해 레일리 페이딩 환경과 AWGN환경에서 기준 값이나 중계 노드의 위치에 상관없이 LLR기반의 DFP가 SNR기반의 DFP보다 아주 우수한 성능을 보이는 것을 확인하였다. Decode-and-forward cooperative communications protocol (DFP) allows single-antenna users in wireless medium to obtain the powerful benefits of multi-antenna systems without physical antenna arrays. For this protocol, so far the relays have used SNR to evaluate the reliability of the received signal before deciding whether to forward the decoded data so as to prevent their unsuccessful detection. However, SNR only characterizes the long-term statistic of Gaussian noise and thus leading to inaccurate assesment. Therefore, we propose using log-likelihood ratio (LLR) which accounts for the instantaneous noise in the received signal as an alternative to SNR. A variety of simulation results reveal the significant superiority of the SNR-based DFP to the SNR-based DFP regardless of threshold level and relay position under the flat Rayleigh fading channel plus AWGN (Additive White Gaussian Noise).

User-Cooperation and Cyclic Coding in Wireless Sensor Networks

공형윤,이동운,Khuong, Ho Van,Kong, Hyung-Yun,Lee, Dong-Un 한국정보처리학회 2006 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.13 No.3

본 논문에서는 LEACH (Low-Energy Adaptive Hierarchy)를 사용한 무선센서네트워크에서 순환 부호를 사용하여 효율적인 사용자 협력 프로토콜을 제안한다. 제안한 시스템에서는 송수신단 간에 채널 상태 정보가 필요하지 않기 때문에 순환 부호를 부호화하는 것과 복호하는 것은 단순해지고 센서 노드의 처리 복잡도가 크게 줄어들 수 있다. 모의실험 결과를 통해서 순환 부호를 적용한 센서 네트워크는 단일 홉 전송의 비트오율 $10^{-4}$에서 네트워크 수명이 10dB까지 절약되는 것을 알 수 있었다. This paper presents an efficient user-cooperation protocol associated with cyclic coding for WSNs (Wireless Sensor Networks) using LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy). Since the proposed user-cooperation requires no CSI(Channel State Information) at both transmitter and receiver, and encoding and decoding of cyclic codes are simple, the processing complexity of sensor nodes is significantly reduced. Simulation results reveal such a combination can save the network energy up to 10dB over single-hop transmission at BER of $10^{-4}$.

Power-and-Bandwidth Efficient Cooperative Transmission Protocol in Wireless Sensor Networks

공형윤,최정호,정휘재,Khuong, Ho Van,Kong, Hyung-Yun,Choi, Jeong-Ho,Jeong, Hwi-Jae 한국정보처리학회 2006 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.13 No.2

단 논문에서 먼저 LEACH (Low-Energy Adaptive Hierarchy)를 사용한 무선센서네트워크에서 하나의 센서 노드가 다른 두 센서노드의 클러스터 헤드를 향한 데이터 전송을 도와주는 전력 및 대역폭에 효율성있는 협력 통신 프로토콜을 제안하고, 제안한 프로토콜의 closed-form BER(Bit Error Ratio)을 유도한다. 또한 이것이 복호 후 전송 프로토콜의 일반적인 BER 임을 보이고, 제안한 시스템이 기존의 복호 후 전송 프로토콜보다 더 높은 주파수 효율을 가지면서 동일한 성능을 나타내는 것을 보인다. 많은 수학적인 결과를 통해 직접 전송일 경우 BER이 $10^{-3}$에서 11dB까지 네트워크의 전력이 절약되는 것을 확인할 수 있다. In this paper, we first propose a power-and-bandwidth efficient cooperative transmission protocol where a sensor node assists two others for their data transmission to a clusterhead in WSNs (Wireless Sensor Networks) using LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy). Then we derive its closed-form BER expression which Is also a general BER one for the decode-and-forward protocol (DF) and Prove that the proposed protocol performs as same as the conventional DF but obtains higher spectral efficiency. A variety of numerical results reveal the cooperation can save the network power up to 11dB over direct transmission at BER of $10^{-3}$.

A Cooperative Signaling Structure using the ¾ - rate STBC in Wireless Networks with Rayleigh Fading Channels

공형윤,최정호,Khuong, Ho Van,Kong, Hyung-Yun,Choi, Jeong-Ho 한국정보처리학회 2006 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.13 No.7

최근 협력통신은 안테나의 물리적인 배치 없이 공간 다중화를 얻을 수 있는 효과적인 방법으로 많은 주목을 받고 있다. 따라서 협력적인 위치를 가진 다중 안테나 시스템에서 잘 알려진 시공간 블록 코드(STBC, Space Time Block Code)는 분산환경 하의 단일 안테나 사용자들에게도 이용될 수 있다. 본 논문에서는 3/4 시공간블록 코드를 사용한 협력적인 신호 구조를 제안하고, 수학적으로 증명한 전송 전력 제한과 네트워크 기하학을 이용하여 이론상의 BER (Bit Error Ratio) 표현을 유도한다. 다양한 환경에서의 시뮬레이션과 잘 증명된 수학적인 결과는 파트너가 적절한 위치에 있을 때, 직접 전송보다 매우 성능이 우수한 협력 통신을 증명하였다. Cooperative communications (CC) have received a great deal of attention recently as an efficient way to obtain the spatial diversity without physical arrays. Thus, space-time block codes (STBC) which are well-known for use in co-located multi-antenna systems can be still utilized for single-antenna users in a distributed fashion. In this paper, we propose a cooperative signaling structure using the $\frac{3}{4}$-rate STBC and derive closed-form BER expression which takes the effect of network geometry and transmit power constraint into account. A variety of simulated and numerical results demonstrated the cooperation considerably outperforms the direct transmission when partners are located in appropriate positions.

Alamouti 공간시간부호의 성능분석을 위한 closed-form BER 표현

공형윤,Kong Hyung-Yun,Khuong Ho Van 한국정보처리학회 2005 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.12 No.5

Alamouti 공간시간부호(Space Time Coding)은 UMTS-WCDMA의 표준의 한 부분으로 제안되고 연구되고 있다. 그러나 지금까지 알려진 바로는 이 유명한 부호의 closed-form 비트 에러율(BER)에 대한 공식은 연구된 적이 없다. 본 논문에서는 시뮬레이션을 통한 성능 검증이 시간 소비를 방지하기 위하여 coherent BPSK로 변조된 데이터를 이용하여 시스템 성능 분석시 참고할 수 있는 BER 성능을 수식으로 유도하였다. Alamouti STC (Space-Time Code) is a part of the UMTS-WCDMA standard. However, up to the best of our knowledge no closed-form BER formula for this famous code exists. Evaluating its performance through simulations is time-consuming and therefore, there should be analytical BER graphs to serve as a reference which are derived in this paper for coherently BPSK-modulated data.

3차원 알고리듬을 이용한 랜덤(or s-랜덤) 인터리버를 적용한 터보코드의 성능분석

공형윤,최지웅,Kong, Hyung-Yun,Choi, Ji-Woong 한국정보처리학회 2002 정보처리학회논문지 A Vol.9 No.3

In this paper, we apply the 3-dimension algorithm to the random interleaver and s-random interleaver and analyze the performance of the turbo code system with random interleaver (or s-random interleaver). In general, the performance of interleaver is determined by minimum distance between neighbor data, thus we could improve the performance of interleaver by increasing the distance of the nearest data. The interleaver using 3-dimension algorithm has longer minimum distance and average distance compared to existing random-interleaver (s-random interleaver) because the output data is generated randomly from 3-dimension storage. To verify and compare the performance of our proposed system, the computer simulations have been performed in turbo code system under gaussian noise environment. 본 논문에서는 3차원 입출력 알고리즘을 랜덤 인터리버와 s-랜덤 인터리버에 적용하였으며, 이를 터보코드 인터리버에 적용하여 성능을 분석하였다. 인터리버의 성능은 인접 데이터간 최소 거리에 의해 결정되어지므로, 인접 데이터간의 최소거리를 증가시키는 방법으로 인터리버의 성능을 향상 시켰다. 3차원 알고리즘을 적용한 인터리버는 3차원 저장공간을 이용해 입력 데이터를 저장하고 랜덤하게 추출하는 방식이다. 이러한 방식은 기존의 랜덤 인터리버와 s-랜덤 인터리버에 비해 인접 데이터간 최소거리와 평균거리를 증가시킨다. 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 3차원 알고리듬을 적용한 터보코드의 성능을 분석하였으며, 전송 환경을 가우시안 채널로 설정하였다.

무선네트워크의 협력통신을 위한 전송 무게(Transmit Weight) 최적화를 위한 연구

공형윤,Kong, Hyung-Yun,Ho, Van Khuong 한국정보처리학회 2005 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.12 No.7

협력 통신 방법은 많은 사용자들 간의 다중접속이 있는 무선 환경에서, 물리적인 안테나 배열의 제약에 상관없이 다중 안테나 시스템의 강력한 장점을 얻을 수 있는 효과적인 방법이다. 본 논문에서는 수신단에서 송신단으로 궤환되는 채널 상태 정보(CSI)의 장점을 이용해 전송 전력이 제한된다는 가정하고, 최대우도 판정기 출력의 에러 확률을 최소화시키기 위해 상대 사용자 신호들의 전송 무게(Transmit Weight)를 최적화하는 방법을 제안한다. 제안한 시스템의 성능평가를 위해 레일리 주파수 비선택적 페이딩과 AWGN 채널이 합해진 채널에서 모의실험을 하였다. Cooperative communications among users in multiple access wireless environments is an efficient way to obtain the powerful benefits of multi-antenna systems without the demand for physical arrays. This paper proposes a solution to optimize the weights of partnering users' signals for the minimum error probability at the output of maximum likelihood (ML) detector under the transmit power constraints by taking advantage of channel state information (CSI) feedback from the receiver to the transmitter. Simulation programs are also established to evaluate the performance of the system under flat Rayleigh fading channel plus AWGN (Additive White Gaussian Noise).

웨이블릿 변환과 보간법을 이용한 OFDM 파일럿 지원 채널 추정기술

공형윤,남두희,Kong Hyung-Yun,Khuong Ho Van,Nam Doo-Hee 한국정보처리학회 2005 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.12 No.5

본 논문에서는 웨이블릿 변환과 보간법을 이용하여 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)시스템을 위한 새로운 파일럿 지원 채널 추정 기법을 소개한다. 웨이블릿 변환의 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 감쇄능력이 뛰어남으로 인해 파일럿 채널은 아주 정확하게 추정될 수 있고, 이렇게 추정된 파일럿 데이터는 남아있는 다른 데이터 심볼 채널에 대해 2차 다항식 보간법을 하는데 사용된다. Short WATM(Wireless Asynchronous Transfer Mode)채널에 대한 모의실험 결과를 통해, 이 추정기를 쓴 OFDM 시스템의 성능은 완벽한 CSI(Channel State Information)에서 발생하는 BER(Bit Error Ratio) 성능과 거의 비슷한 것을 확인할 수 있다. We present a novel pilot-aided channel estimation method for OFDM (Orthogonal Frequency Division Muitiplexing) system using WT(Wavelet transform) and interpolation. Due to excellent AWGN (Additive White Gaussian Noise) cancellation capability of n, pilot channels are estimated quite exactly and then, Dey are used in 2-degree polynomial interpolating the other remaining data symbol channels. The simulation results for Short WATM (Wireless Asynchronous Transfer Mode) channel show that the degradation in BER (Bit Error Ratio) performance of OFDM system iか this estimator is negligible compared to the case of perfect knowledge of CSI (Channel State Information).

호핑방식을 적용한 블록 인터리버을 이용한 터보코드의 성능분석

공형윤,Kong, Hyung-Yun 한국정보처리학회 2002 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.9 No.6

현대 디지털 통신시스템에서 없어서는 안되는 중요한 요소 중의 하나가 오류정정부호화 기법이다. 본 논문에서는 디지털 통신 시스템에서 놀라운 성능으로 인하여 주목을 받고있는 터보코드에 비균일 인터리버의 일종인 호핑방식의 알고리즘을 적용한 인터리버를 터보코드에 적용하여 성능을 비교 분석하였다. 기존의 블록 인터리버는 메모리의 입력과 출력이 행과 열에 대해서 차례대로 이루어지는 반면, 호핑방식을 적용한 인터리버는 행과 열을 건너뛰면서 입출력이 이루어지므로 이중으로 인접 데이터간의 최소거리와 평균거리를 증가시킨다. 제안된 인터리버의 성능분석과 비교를 위해 가우시안 잡음 환경 하에서 컴퓨터 모의 실험을 하였다. Channel coding is one of the most important things to improve digital communications. In this paper, we analyze the performance of turbo code with block interleaver using hopping algorithm (i. e., non-linear interleaver) for high speed multi-media service. The input and output of conventional block interleaver is achieved by the order of column and row, but hoping algorithm is achieved by hopping the column and row that increase the minimum distance and average distance between the nearest data dually. To verify and compare the performance of an proposed method the computer simulation have been performed using turbo code in gaussian channel environment.